1 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京理工大学长三角研究院，浙江 嘉兴 314001
建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型，研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe3O4@SiO2纳米粒子电调谐器件。结果表明，有限元模型预测的反射光谱中心波长在680 nm至455 nm范围内移动，与制备器件的测试光谱匹配性良好。与解析预测模型相比，建立的三维有限元预测模型得到的反射光谱中心波长的预测结果准确性更高。对于非核壳结构，两种模型的预测误差范围分别为0.49%~1.70%、0.82%~1.49%，表现相当；对于核壳结构，两种模型的预测误差范围分别为3.51%~6.11%、0.28%~1.34%。本文建立的三维有限元模型将预测误差典型值降低为原来的1/5.9。所提模型可用于准确预测胶体体系下自组装光子晶体反射光谱的动态调谐能力，弥补了解析预测模型在核壳结构光子晶体预测准确性方面的不足，可指导粒子材料参数和结构参数设计，以及可调谐范围的优化区间筛选。对反射光谱幅值和谱宽预测准确性的提升需进一步考虑短程有序结构等随机微扰特性的影响。
光谱学 胶体体系 自组装光子晶体 动态变色器件 有限元预测模型 反射光谱中心波长
上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
电致变色材料应用于节能建筑、智能显示等领域, 是最具研究前景的智能材料之一。液相法制备WO3电致变色薄膜可以构建复杂多元变色结构, 在光调制幅值、响应时间, 特别是大面积低成本制备方面显现出巨大的潜力。本研究旨在开发一种低成本、易于规模化的WO3纳米晶液相镀膜工艺, 改善液相法常见的循环稳定性差和制备工艺复杂的问题。通过该方法制备了光调制幅度高、响应迅速和抗疲劳性能好的WO3电致变色薄膜。本工作对退火工艺进行优化, 成功合成出低聚集度、高结晶性的WO3纳米粉体。通过球磨分散制备WO3纳米晶镀膜液, 探究球磨对WO3纳米粒子的性能影响, 针对薄膜微结构和镀膜液结晶性对其电致变色性能进行工艺优化。获得了高光学调制幅度(82%), 短响应时间(tc/tb: 8 s/4.2 s), 高着色效率(81.5 cm2·C-1)和高循环稳定性(>1000次)的WO3电致变色薄膜。本工作通过改性WO3纳米粉体结晶和分散性能, 全面提升了纳米晶液相镀膜技术制备的WO3电致变色薄膜性能, 表明采用液相法制备WO3电致变色薄膜在变色性能和循环稳定性上有望突破可实用水平。
电致变色 WO3 纳米分散 液相镀膜 electrochromic WO3 nano dispersion liquid phase coating
上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
电致变色材料是一类可以通过调节光和热而减少能源使用的节能环保材料, 特别是化学性质稳定的过渡金属氧化物, 作为电致变色材料得到广泛研究。近年来, 双金属氧化物由于存在两种可变价态的金属离子, 具有更好的电化学活性而逐渐受到关注。本研究采用水热法成功在透明导电基底上直接生长了Ti2Nb10O29薄膜, 并探究了前驱体中铌钛原子比对薄膜电致变色性能的影响。结果表明, 由铌钛原子比为3 : 1的前驱体制备的薄膜具有较好的电致变色性能。Ti2Nb10O29薄膜在−1.6 V呈蓝灰色, 在0.4 V呈无色透明状; 在300~1100 nm的宽波长范围内, 均有较高的光调制幅度, 其褪色态的透过率接近90%; 在波长750 nm处的最大光调制幅度达69.4%; 对薄膜施加-1.6 V、60 s和0.4 V、15 s的方波电位, 测得其着色时间和褪色时间分别为29.8和5.9 s; 薄膜的着色效率为68.3 cm2·C-1。本研究制备的Ti2Nb10O29薄膜拓展了双金属氧化物电致变色材料的种类, 具有良好的应用前景。
电致变色 双金属氧化物 Ti2Nb10O29 中性色 光调制幅度 electrochromic bimetallic oxide Ti2Nb10O29 neutral color optical modulation
上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
钼酸镍(NiMoO4)是一种在储能和催化领域具有优异性能的材料, 但在电致变色领域还缺乏深入探索研究。本研究未使用晶种层, 采用水热法在透明导电玻璃基底上生长了多孔NiMoO4薄膜。采用掠入射X射线衍射仪(GIXRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)对NiMoO4纳米片薄膜样品的晶相和微观形貌进行了表征, 并研究了NiMoO4薄膜的电化学性能和电致变色性能。结果表明: NiMoO4电致变色薄膜具有多孔结构, 能够为离子迁移提供充足的通道和反应活性位点。因此, NiMoO4薄膜表现出优异的电致变色性能, 其光调制幅度达到79.6%, 着色效率为86.2 cm2·C-1, 着色和褪色时间分别为9.5和12.7 s(在褪色过程存在一个快速和一个慢速步骤), 经过100次着色和褪色循环后光调制幅度仍可以保持最大光调制幅度的99.7%。此外, 该薄膜在0.3 mA·cm-2的电流密度下的面积比电容高达49.59 mF·cm-2。上述优异的性能使NiMoO4纳米片薄膜有望在高性能电致变色器件中得到重要应用。在器件的组装过程中, 探索合适的电解质以及与NiMoO4薄膜相匹配的对电极将是下一步研究工作的重点。
NiMoO4 电致变色 纳米片 水热法 NiMoO4 electrochromic nanosheet hydrothermal method
五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020
电解质为电致变色器件的变色提供离子，是器件中不可缺少的一部分。然而，目前对电解质层的研究主要集中在复合电解质和极限浓度，少有探究电解质浓度对电致变色性能的影响规律和机理，尤其是循环稳定性。因此，本文系统研究了高氯酸锂（LiClO4）电解质浓度（0.1、0.5、1.0、2.0 mol/L）对氧化钨（WO3）薄膜循环前后电致变色性能的影响，及对其循环稳定性的作用机理。结果表明，当LiClO4浓度为1.0 mol/L时，WO3薄膜表现出最短的着色/褪色时间，初始电荷储存量高达25.2 mC?cm-2，6000圈伏安（CV）循环后，衰退率仅为25.4%，表现出最佳的循环稳定性。该研究详细介绍了电解质浓度对WO3薄膜电致变色性能及其循环稳定性的影响规律及作用机理，对WO3基电致变色器件的设计和制备具有重要的指导意义。
电致变色性能 氧化钨 电解质浓度 循环稳定性 光学学报
2023, 43(23): 2331003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
柔性反射式电致变色器件在电子纸显示、伪装、智能变色表面等领域应用前景广阔，但仍存在柔性差、对比度低、稳定性不佳等问题。本工作采用电子束蒸发法在玻璃和柔性PET衬底上制备了Cr/Ag/WO3（CAW）结构无铟反射式电致变色薄膜。CAW薄膜具有高反射率和低面电阻，其可见光平均反射率高达89.1%，面电阻仅为1.2 Ω/□。在电致变色性能方面，CAW薄膜展示出快着色及褪色响应时间（分别为9.3 s和2.0 s）、高达83.0%（564 nm）的反射光学对比度、大范围的反射颜色调节（> 40 nm）和良好的电化学循环稳定性（>4 500 次）。此外，CAW薄膜具有良好的衬底兼容性，我们制备了柔性CAW薄膜并组装了图案化柔性电致变色器件，柔性薄膜在弯折2 000次后性质基本无衰减，对比度达83.2%（574 nm），器件在不同电压作用下实现了丰富的反射颜色动态调控。这些结果将为高性能柔性反射式电致变色器件构建提供简单有效的指导，在新型显示技术领域有一定应用潜力。
电致变色 WO3 无铟 柔性 反射 electrochromic WO3 indium-free flexibility reflection
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 吉林大学 数学学院，吉林 长春 130012
WO3是理想的无机电致变色材料，其电致变色机制是在电压作用下发生可逆的氧化还原反应，并伴随着电解质离子在材料内部的嵌入和脱出。本文研究了含有Li+、Zn2+、Al3+的三种水系电解质对无定形WO3电致变色性能的影响。结果表明，当以Al3+作为嵌入离子时，WO3获得了最好的电致变色性能，包括快响应速度（着色响应时间2.8 s，褪色响应时间1.1 s）、大光学对比度（700 nm处达83.4%）、优异的循环稳定性（连续循环 1 000次仅衰减2.8%）、高着色效率（74.7 cm2·C-1），其综合性能在已报道的WO3电致变色器件中处于较高水平。机制研究发现，Al3+水系电解质溶液中性能的提升得益于快速的离子传输动力学。这些结果将为高性能电致变色器件构建和电解质优选提供简单有效的指导。
电致变色 WO3 水系电解质 稳定性 无定形 electrochromic WO3 aqueous electrolytes stability amorphous
1 1.南京理工大学 能源与动力工程学院, 南京 210094
2 2.陆军装备部驻株洲地区航空军事代表室, 株洲 412002
3 3.中国电子科技集团 第十六研究所, 合肥 230088
钙钛矿锰氧化物(Perovskite manganese oxide, PMO)因受外界条件激励而发生变色的特性, 在散热领域中受到广泛关注。目前绝大多数针对PMO的变色特性的研究都是以温度激励为基础, 以电场激励实现的散热器件仍旧缺乏。由于电场激励伴随着焦耳热的影响, 目前PMO材料是否存在电致变色性能尚未得到明确证明。针对以上问题, 本研究利用电场激励对PMO内部Mn元素的影响, 提出了一种针对PMO材料的电改性方法。通过电改性大幅减弱PMO热致变色性能, 进而使La0.7Ca0.25K0.05MnO3(LCKMO)在电场激励实验中能够排除焦耳热的影响。对LCKMO电改性前后的热致变色及电致变色性能进行研究。电改性前的LCKMO发射率随温度升高而增大, 最大增量为17%。并且在受21 V电场激励后, 其发射率在173、203、243、273和373 K分别出现了15%、16%、10%、0.6%和1.4%的增量。电改性后的LCKMO热致变色性能大幅减弱, 且在受21 V电场激励后, 其发射率在273和373 K出现了10.7%和9.3%的增量。电改性前后的实验结果表明: LCKMO存在电致变色性能, 并且电场激励对LCKMO发射率的调控机制存在明显规律。此外, 针对PMO材料的电改性方法不仅能令PMO材料在排除焦耳热的影响下进行电致变色研究, 更为调控PMO材料热致变色性能提供了新的可能。
钙钛矿 热辐射 电致变色 焦耳热 perovskite thermal radiation electrochromic Joule heat
昆明理工大学 材料科学与工程学院, 云南 昆明650093
无机稀土发光材料在照明、显示、激光和生物医学等领域有着极其广泛的应用。对荧光性能的调控有利于拓展其在温度传感、防伪识别、光开关、光存储等领域的应用。传统的荧光调控方式包括设计核壳结构、改变材料成分控制晶体场、改变稀土离子的掺杂类型或浓度从而控制能量传递等。然而, 这些调控方式难以实现荧光性能的可逆调控, 限制了其实际应用。对比传统的调控方式, 材料在电场、热场或光场等外场刺激下可产生变色效应, 通过变色效应可以实现对其荧光性能的可逆调控从而扩展其应用。本文主要综述了在电场、热场和光场刺激下, 无机稀土发光材料的变色效应对其荧光性能的可逆调控及应用。
无机稀土发光材料 荧光调控 电致变色 热致变色 光致变色 inorganic rare-earth luminescent materials fluorescence modulation electrochromic thermochromic photochromic
1 沈阳化工大学 机械与动力工程学院，沈阳042
2 中国科学院过程工程研究所 多相复杂系统国家重点实验室，北京100190
以WCl6和NiCl2·6H2O为钨源和镍源、PVP为表面活性剂、无水乙醇为溶剂，采用溶剂热法制备得到非化学计量比的W18O49和Ni掺杂W18O49纳米线（Ni⁃W18O49），并利用雾化沉积法将W18O49和Ni⁃W18O49纳米线喷涂在柔性ITO⁃PET透明导电基底得到W18O49/ITO⁃PET和Ni⁃W18O49/ITO⁃PET电致变色薄膜。测试结果表明，Ni掺杂使W18O49/ITO⁃PET电致变色薄膜着色/褪色响应时间由16.5 s/8.2 s减小为10 s/5.8 s，着色效率由56 cm2·C-1增至74 cm2·C-1。Ni⁃W18O49/ITO⁃PET电致变色薄膜经1 500次充放电后容量保持率仍为70%。Ni掺杂W18O49使W5+和氧空位含量增加，降低电荷转移阻力，从而改善电致变色性能。
镍掺杂 氧化钨 电致变色薄膜 溶剂热法 柔性基底 Ni-doping W18O49 electrochromic film Solvothermal method flexible substrate
